CN105512066B - 基于profibus的软起动器通讯协议转换装置及方法 - Google Patents

基于profibus的软起动器通讯协议转换装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于profibus的软起动器通讯协议转换装置及方法，将RS485‑modbus输入信号转换为RS485‑profibus输出信号，解决了modbus协议与profibus协议之间的通讯问题，便于在实际应用中推广；且其具体电路的实现只需要几块芯片和若干电阻电容即可实现，具有成本低廉、结构简单、易于实现等优点，便于批量生产。

Description

基于profibus的软起动器通讯协议转换装置及方法
技术领域
本发明涉及软起动器技术领域，尤其涉及一种基于profibus的软起动器通讯协议转换装置及方法。
背景技术
在工业控制和智能仪表的应用电路中，一般采用RS485传输方式，RS485采用差分信号负逻辑，-2V～-6V表示“0”，+2V～+6V表示“1”，具有很强的抗共模干扰能力，总线收发器灵敏度很高。modbus和profibus都是属于现场总线通讯协议，它们都是基于RS485总线进行通信，RS485/modbus是现在流行的一种布网方式，其特点是实施简单方便，现在支持RS485的仪表特别多。与modbus通讯协议相比，profibus具有更高的通讯速度，操作更加简单，且支持多主站通信，在工业现场总线领域具有更广泛的应用。目前全球已有几百家企业加入profibus组织，开发出的产品多达5000多种，已经有超过几千万个profibus总线网络节点成功应用于工业自动化领域。
目前市场上软起动器大多是不带通讯接口的，部分软起动器的通讯是采用modbus通讯协议，只有少部分使用了profibus通信协议，为了解决modbus协议与profibus协议通讯问题，部分厂家使用PLC进行转接，但使用PLC会导致成本大大增加，性价比不高，不适合批量生产，而且PLC的体积较大，需要在软起动器的电控柜里专门留出空间以便安装。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种基于profibus的软起动器通讯协议转换装置及方法，将RS485-modbus输入信号转换为RS485-profibus输出信号，解决了modbus协议与profibus协议之间的通讯问题，便于在实际应用中推广。
本发明第一方面提供一种基于profibus的软起动器通讯协议转换装置，包括依序信号连接的软起动器、信号转换板和RS485-profibus主站；所述信号转换板可分别与所述软起动器、所述RS485-profibus主站双向传输；所述信号转换板包括依序信号连接的RS485-modbus信号接收电路、报文并口传输电路、RS485-profibus输出电路、电源转换电路和电源隔离电路。
所述RS485-modbus信号接收电路包括电平转换芯片，用于完成对modbus协议信号的接收和传输，并将RS485差分信号转换为0-3.3V电平信号。
所述报文并口传输电路包括主控芯片和通讯协议芯片，所述主控芯片和通讯协议芯片之间的信号传递通过并口传输；所述主控芯片用于对modbus协议信号的接收和处理，并把该modbus协议信号转换成通讯协议芯片可处理的报文信息，所述通讯协议芯片用于连接主控芯片和RS485-profibus输出电路，完成profibus信号的传输。
所述RS485-profibus输出电路由RS485芯片及若干电阻电容组成，用于将profibus信号输出给RS485-profibus主站。
所述电源转换电路与所述RS485-modbus信号接收电路、报文并口传输电路、RS485-profibus输出电路均电性连接，用于将5V电源转换成3.3V电源以便给所述RS485-modbus信号接收电路、报文并口传输电路、RS485-profibus输出电路供电。
所述电源隔离电路设于电源与RS485-profibus输出电路之间，用于电源隔离以保障RS485-profibus输出电路的安全。
进一步地，所述主控芯片与所述通讯协议芯片之间以三总线结构连接，包括数据总线、地址总线和控制总线，且8位的数据总线和16位的地址总线复用。
本发明第二方面提供一种基于profibus的软起动器通讯协议转换方法，基于上述转换装置，包括如下步骤：
初始化；
下位机通过写寄存器命令将预传送给RS485-profibus主站的信息发送给信号转换板；
信号转换板将RS485-modbus信号转换为RS485-profibus信号并传输至RS485-profibus主站；
通过读寄存器命令接收来自RS485-profibus主站的profibus输出信息。
进一步地，所述信号转换板的处理过程为：
RS485-modbus信号接收电路发送RS485差分信号经电平转换芯片转换成0～3.3V电平信号并传输至主控芯片；
经主控芯片将该modbus协议信号转换成通讯协议芯片可处理的报文信息后经并口传输给通讯协议芯片；
0～3.3V电平的profibus信号经信号传输芯片转换成RS485差分信号并传输给profibus主站；其中：
电源转换电路将5V电源转换成3.3V电源给其他芯片供电；
所述电源隔离电路用于隔离输入5V电源和profibus输出5V电源。
本发明提供的所述基于profibus的软起动器通讯协议转换装置及方法，将RS485-modbus输入信号转换为RS485-profibus输出信号，解决了modbus协议与profibus协议之间的通讯问题，便于在实际应用中推广；且其具体电路的实现只需要几块芯片和若干电阻电容即可实现，具有成本低廉、结构简单、易于实现等优点，便于批量生产。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于profibus的软起动器通讯协议转换装置的结构框图；
图2为本发明提供的一种基于profibus的软起动器通讯协议转换装置中信号转换板的结构框图；
图3为本发明提供的一种基于profibus的软起动器通讯协议转换装置中电源隔离电路的电路原理图；
图4为本发明提供的一种基于profibus的软起动器通讯协议转换装置中电源转换芯片的电路原理图；
图5为本发明提供的一种基于profibus的软起动器通讯协议转换装置中RS485-modbus信号接收电路的电路原理图；
图6本发明提供的一种基于profibus的软起动器通讯协议转换装置中主控芯片和通讯协议芯片之间的信号传输原理图；
图7本发明提供的一种基于profibus的软起动器通讯协议转换装置中RS485-profibus输出电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案：
请参照图1，本发明提供了一种基于profibus的软起动器通讯协议转换装置，包括依序信号连接的软起动器1、信号转换板2和RS485-profibus主站3；所述信号转换板2可分别与所述软起动器1、所述RS485-profibus主站3双向传输
请参阅图2，所述信号转换板2包括依序信号连接的RS485-modbus信号接收电路21、报文并口传输电路、RS485-profibus输出电路24、电源转换电路25和电源隔离电路26。
所述RS485-modbus信号接收电路21采用3.3V的RS485芯片65LBC184，完成对modbus协议信号的接收和传输，并把RS485差分信号转换为单片机可处理的0～3.3V电平信号。
请参阅图3，所述电源隔离电路26设于电源与RS485-profibus输出电路24之间，用于电源隔离以保障RS485-profibus输出电路的安全。电源模块B0505S和芯片LP3985组成电源隔离电路26，电源模块B0505S有高达1500VDC的隔离电压，确保后面的电路安全，芯片LP3985具有精确的电源输出，保证了后续电路的可靠性。
请参阅图4，电源转换电路25采用电源转换芯片REG1117，用于5V/3.3V电源转换，用于给其他芯片供电；保险丝F1，TVS管TVS1,以及相关电容确保输入电源的安全性和输出电源的稳定性。
请参阅图5，RS485-modbus信号接收电路21由3.3V电源的RS485芯片65LBC184以及若干电阻、电感、TVS管组成，主要用于接收RS485-modbus信号，并把信号转换成0～3.3V电平信号传输给主控芯片处理，RS485接收信号正负线上增加了阻抗匹配电阻R3、R4，并在中间增加了双向TVS管SM712，保证了RS485-modbus信号接收的可靠性和安全性。
请参阅图6，所述报文并口传输电路包括主控芯片22和通讯协议芯片23，且所述主控芯片22和通讯协议芯片23之间的信号传递通过并口传输。
所述主控芯片22采用单片机C8051F340，用于对modbus协议信号的接收和处理，并把该modbus协议信号转换成通讯协议芯片23可处理的报文信息；所述通讯协议芯片23采用VPC3+C，用于连接主控芯片22和RS485-profibus输出电路24，完成profibus信号的传输，其内部拥有4Kram，大大高于之前通用的1.5Kram协议芯片SPC3,使得单片机传输信号时更加方便自如，9.6K～12Mbps波特率自适应，以便适应各种工业现场需求。
所述主控芯片22与所述通讯协议芯片23之间以三总线结构连接，包括数据总线、地址总线和控制总线，其中8位的数据总线(AD0-AD7)和16位地址总线(A0-A15)复用，控制总线包括ALE锁存引脚，WR写引脚，RD读引脚，这是通讯协议芯片VPC3+C常用的连接方式，最高位地址总线(A15)用74AHC1G04取反，其中单片机C8051F340所接晶振为无源11.0529MHZ晶振，VPC3+C所接的晶振为有源48MHZ晶振。单片机把接收到的modbus协议信号经处理转换成VPC3+C可处理的报文信息传输出去，VPC3+C则把接收到的报文信息打包处理再以profibus协议形式发送给下一步进行处理。
请参阅图7，所述RS485-profibus输出电路24主要由RS485芯片ADM2486及若干电阻电容组成，ADM2486芯片是可传输profibus协议信号的隔离型RS485收发芯片，最高传输速率可达20Mbps，有效的电压隔离确保输出信号电源的可靠性，高速的传输速率确保各种工业现场的通讯需求。ADM2486芯片把VPC3+C传输过来的profibus协议信息处理成RS485总线标准信号传输给主站，ADM2486是隔离型RS485芯片，ADM2486输入电源使用的是电源转换芯片REG1117转换的3.3V电源，输出的RS485-profibus信号电源使用的是电源隔离模块B0505S和LP3985隔离输出的5V电源。有效保证输入主站电源和本发明装置供电电源互不影响。DB9接头是标准的RS485-profibus信号传输接头，负责给ADM2486和RS485-profibus主站3传输信号。
基于上述转换装置，其对应的基于profibus的软起动器通讯协议转换方法具体包括如下步骤：
初始化；
下位机通过写寄存器命令将预传送给RS485-profibus主站的信息发送给信号转换板；
信号转换板将RS485-modbus信号转换为RS485-profibus信号并传输至RS485-profibus主站；
通过读寄存器命令接收来自RS485-profibus主站的profibus输出信息。
软起动器的profibus站号可人为设定，站号范围为0～126，应该为装置设置一个站号。对应profibus站号的寄存器编号为0xFF，可通过modbus命令写该寄存器即可设置profibus站号，同时装置会初始化(每次写该寄存器时装置都会初始化)。其后面是设置发送数据长度和接收数据长度，最后面是2字节的CRC16校验码。
若装置处于未初始化的状态，则当回复下位机的写寄存器命令时回复的modbus报文的第三个字节的最高位会置1，以此来表示装置未初始化。在接收回复报文时若检测到该位置1，应该发送写0xFF寄存器命令(设置站号)来初始化装置。
在modbus协议报文的接收过程中和主控制芯片C8051F340与profibus协议芯片VPC3+C报文传输过程中，采取了多种验证措施保证信号的正常传输，包括奇偶校验，CRC16校验，和校验，寄存器地址校验，从站地址校验，输入输出长度校验等多种校验方式，如果出现任何校验错误，则主控芯片C8051F340会重新接收软起动器发送的modbus报文信号，或者重新发送处理报文给VPC3+C，以确保信号的正常传输。
所述信号转换板的处理过程为：
RS485-modbus信号接收电路发送RS485差分信号经电平转换芯片转换成0～3.3V电平信号并传输至主控芯片；
经主控芯片将该modbus协议信号转换成通讯协议芯片可处理的报文信息后经并口传输给通讯协议芯片；
0～3.3V电平的profibus信号经信号传输芯片转换成RS485差分信号并传输给profibus主站；其中：
电源转换电路将5V电源转换成3.3V电源给其他芯片供电；
所述电源隔离电路用于隔离输入5V电源和profibus输出5V电源。
单片机C8051F340对modbus协议报文信号的处理过程：
modbus输入报文包括初始化报文和数据交换报文，在初始化报文中，软起动器可由主控制板设置软起动器从站地址，可设置从站的发送数据长度和接收数据长度，发送数据长度和接收数据长度分别可达到244字节长度，完全可以满足软起动器的信号传输要求。在数据交换阶段，软起动器可发送相应的数据到profibus主站，也可读取profibus主站的数据，
modbus报文的含义可由软起动器厂家自己确定，然后经C8051F340主控制芯片处理之后再形成VPC3+C可处理的报文，modbus报文可按如下要求设定：
1.通信接口
本装置与下位机交换数据采用modbus通信协议，modbus地址固定为1，支持读寄存器(0x03)、写单个寄存器(0x06)、写连续寄存器(0x10)等命令。
2.波特率
通信波特率固定为9600，应按此波特率和装置通信。
3.数据帧格式
每个字节用11bits传送：1起始位，8个数据位，1偶校验位，1停止位。
通信方式
下位机通过modbus协议和装置通信，通过写寄存器命令将预传送给profibus主站的信息发送给装置，装置会将信息转换为profibus信息传送到主站。通过读寄存器命令可从装置接收来自profibus主站的profibus输出信息。
本发明提供的所述基于profibus的软起动器通讯协议转换装置及方法，将RS485-modbus输入信号转换为RS485-profibus输出信号，解决了modbus协议与profibus协议之间的通讯问题，便于在实际应用中推广；且其具体电路的实现只需要几块芯片和若干电阻电容即可实现，具有成本低廉、结构简单、易于实现等优点，便于批量生产。
上面对本发明进行了描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于profibus的软起动器通讯协议转换装置，其特征在于，包括依序信号连接的软起动器、信号转换板和RS485-profibus主站；所述信号转换板分别与所述软起动器、所述RS485-profibus主站双向传输；所述信号转换板包括依序信号连接的RS485-modbus信号接收电路、报文并口传输电路、RS485-profibus输出电路、电源转换电路和电源隔离电路，其中：
所述RS485-modbus信号接收电路包括电平转换芯片，用于完成对modbus协议信号的接收和传输，并将RS485差分信号转换为0-3.3V电平信号；
所述报文并口传输电路包括主控芯片和通讯协议芯片，所述主控芯片和通讯协议芯片之间的信号传递通过并口传输；所述主控芯片用于对modbus协议信号的接收和处理，并把该modbus协议信号转换成通讯协议芯片可处理的报文信息，所述通讯协议芯片用于连接主控芯片和RS485-profibus输出电路，完成profibus信号的传输；
所述RS485-profibus输出电路由RS485芯片及若干电阻电容组成，用于将profibus信号输出给RS485-profibus主站；
所述电源转换电路与所述RS485-modbus信号接收电路、报文并口传输电路、RS485-profibus输出电路均电性连接，用于将5V电源转换成3.3V电源以便给所述RS485-modbus信号接收电路、报文并口传输电路、RS485-profibus输出电路供电；
所述电源隔离电路设于电源与RS485-profibus输出电路之间，用于电源隔离以保障RS485-profibus输出电路的安全。
2.根据权利要求1所述的一种基于profibus的软起动器通讯协议转换装置，其特征在于，所述主控芯片与所述通讯协议芯片之间以三总线结构连接，包括数据总线、地址总线和控制总线，且8位的数据总线和16位的地址总线复用。
3.一种基于profibus的软起动器通讯协议转换方法，包括如权利要求1或2任一所述的一种基于profibus的软起动器通讯协议转换装置，其特征在于，包括如下步骤：
初始化；
下位机通过写寄存器命令将预传送给RS485-profibus主站的信息发送给信号转换板；
信号转换板将RS485-modbus信号转换为RS485-profibus信号并传输至RS485-profibus主站；
通过读寄存器命令接收来自RS485-profibus主站的profibus输出信息。
4.根据权利要求3所述的一种基于profibus的软起动器通讯协议转换方法，其特征在于，所述信号转换板的处理过程为：
RS485-modbus信号接收电路发送RS485差分信号经电平转换芯片转换成0～3.3V电平信号并传输至主控芯片；
经主控芯片将该modbus协议信号转换成通讯协议芯片可处理的报文信息后经并口传输给通讯协议芯片；
0～3.3V电平的profibus信号经信号传输芯片转换成RS485差分信号并传输给profibus主站；其中：
电源转换电路将5V电源转换成3.3V电源给其他芯片供电；
所述电源隔离电路用于隔离输入5V电源和profibus输出5V电源。
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Inventor after: Qu Zhenglong

Inventor after: Zhao Zhidong

Inventor after: Xiang Xingsheng

Inventor before: Qu Zhenglong

Inventor before: Zhang Linxin

Inventor before: Xiang Xingsheng

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GR01 Patent grant
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